RH真空精炼技术的发展.ppt

1、1.RH精炼技术的发展；2.现代纯净钢生产工艺。在纯净钢生产中，RH是最重要的真空精炼设备之一，应用广泛。大多数新建钢厂选择RH精炼。3、钢铁冶炼工艺路线，4、大型联合企业的冶炼工艺路线，5、特殊钢厂的冶炼工艺路线，脱硫，6、短流程钢厂的冶炼工艺路线，7、RH的发展历史，RH精炼技术是由Rheinstahl和Hutlenwerke于1959年联合开发成功的。RH将真空精炼与钢水循环流动相结合，具有处理周期短、产能大、精炼效果好的优点，适用于冶炼周期短、产能大的转炉厂。到目前为止，RH已经发展到三个阶段：(1)发展阶段(1968-1980): RH设备技术在世界范围内广泛应用。(2)多功能RH精

2、炼技术的建立(1980-2000): RH技术近乎完美。表1 RH工艺技术进展，(3)极低碳钢冶炼技术(2000):为解决冶炼极低碳钢(C1010-6)的技术难题，需进一步克服钢水静压，提高熔池脱碳率。8、RH，钢水真空循环的原理与“气泡泵”的原理相似，如图所示：进行真空脱气处理时，将真空室下部的两根浸渍管插入钢水中，深度为100-150毫米，然后启动真空泵将真空室抽真空，使真空室内外形成压力差，钢水从两根浸渍管上升到压力差相同的高度(循环高度)。此时，钢水不循环。为了使钢水循环，驱动气体从提升管下部的大约三分之一处吹入。气体进入冒口内的钢水后，由于热膨胀和压力降低，气体等温膨胀，冒口内瞬间产

3、生大量气泡核并迅速膨胀。膨胀的气体推动钢水上升。9、RH装置示意图，RH钢水处理工艺，在钢水处理前，将浸渍管浸入待处理的钢水中。当真空罐抽真空时，钢水表面的大气压力迫使钢水从汲取管流入真空罐。(在真空罐中大约0.67毫巴的压力下，钢水可以上升到1.48米的高度)。两个浸渍管与真空罐连通，一个是上升管，另一个是下降管。当氩气通过上升管连续吹入钢水时，形成气泡泵，使钢水从上升管进入，并通过真空罐的下部流向下降管。在真空条件下，流经真空槽钢的水中的氩气、氢气、一氧化碳和其他气体在钢水循环过程中被抽走。同时，进入真空罐的钢水还经历一系列冶金反应，如碳氧反应等，从而通过循环脱气和精炼来净化钢水。为了满足

4、钢种要求和准确控制钢水成分，在RH处理过程中通常需要进行合金化处理。铁合金原料在真空状态下通过高位料仓、称重小车、真空料斗和合金溜槽进入钢水，完成合金化功能。10、RH工艺流程、11、RH工艺流程描述，在钢水到达之前，关闭主真空阀，为真空泵的提前启动做准备。盛有钢水的钢包位于钢包台车上，启动前真空泵进行预抽。钢包台车在处理站正下方运行，循环气体从氮气切换到氩气。启动液压提升机构，将钢包提升至预定高度，打开主真空阀，钢水将进入真空罐形成循环流。温度测量、取样和氧气测定，以及是否根据测量结果进行“预处理”。预处理是指除常规处理以外的准备性处理。如果钢水温度太低，可以先用化学方法加热；钢水含氧量过高

5、，可先用铝处理；如果钢水中碳含量太低，可以先用碳处理。预处理、温度测量和取样后钢包下降并位于钢包台车上，同时，循环气体切换到氮气。钢包台车运行至喂丝机位置(加入保温剂)，根据钢种要求喂丝，人工加入保温剂。拉出钢包台车，用吊车将钢包吊至下一道工序。13、RH法设备，RH主要设备组成：真空室和辅助设备；气体冷却器；真空排气装置；合金称重小车及送料装置。RH精炼车间示意图，RH设备示意图，15。右侧真空室。右侧真空室的形状如右图所示。真空室外壳为钢板焊接的圆柱形结构，内衬耐火砖。真空室的下部设有两根可插入钢水中的由耐火材料制成的浸渍管，也称为提升管，其中一根是钢水上升管，另一根是钢水下降管，浸渍管的

6、上半部外侧为钢管结构。真空处理时，钢水沿上升管进入真空室，沿下降管返回钢包。RH真空室示意图，16，RH法主要工艺参数，处理量v:指待处理的钢水量，RH处理量上限理论上是无限的，处理量下限取决于处理过程中的温降。一般认为，在炉中处理时不应小于10t，在钢包中处理时不应小于30t。当容量小于30t时，温度显著下降。目前，RH装置的最大生产能力已达到300吨。处理时间t:指钢包在RH站的停留时间，处理时间取决于钢水的允许温降Tc和处理过程中钢水的平均冷却速度VT，t=Tc/VT。循环系数u:指处理过程中循环钢水的当量次数，即通过真空室的钢水总量与处理能力之比。U=Wt/V，w循环流量，t/min；

7、钢包容量，吨；t脱气处理时间，分钟。钢中气体含量与循环系数m-混合系数m=0之间的关系表明脱碳钢水和脱碳钢水没有混合。17，RH法的主要工艺参数，循环流量：循环流量W(t/min)指单位时间内通过真空室的钢水量。也称为循环速率，它是一个重要的过程参数。w主要取决于提升管直径(d)和驱动气体流速(G0)。该图显示了不同提升管直径下循环流量和驱动气体流量之间的关系。设计真空室时，根据处理能力v、循环系数u和脱气时间t确定w:循环流量和驱动气体流量之间的关系，18。相对湿度法的主要工艺参数，真空度是指在相对湿度处理过程中真空室中能够达到并保持的最小压力。真空泵的抽气能力真空泵的抽气能力应根据处理过程

8、中的钢种、容量、时间、循环流量和除气规则来确定。在相对湿度处理期间，气体释放速率是不同的。在处理初期，钢液原始气体含量较高，气体析出量也较大。处理后期释放的气体量很小，不可能采用固定的抽气能力，但应根据不同的真空度来确定。19，100吨钢包RH年处理能力估算、RH年处理能力估算：其中：P:年处理能力：炉平均处理能力、100吨3360平均处理周期、36分钟： dlfrhcc-RL匹配率、85 :RH操作率、85 :RH钢水合格率、99.5% RH精炼、脱碳的主要冶金功能：目前最重要的脱气功能：RH的最初发展是脱气脱硫脱磷：注入脱硫脱磷剂去除夹杂物：有利于夹杂物碰撞长大和合金化：使用多功能喷枪，2

9、1、RH精炼的主要冶金功能，RH真空精炼的冶金功能，22、真空脱碳-碳氧平衡。 RH过程碳氧平衡原理当钢水中的氧含量降低一定值时，碳含量也降低一定值，两者之间存在以下关系：右图为RH脱碳过程中脱碳和脱氧的关系；24.真空脱碳，RH中的脱碳速度主要取决于碳在钢水中的扩散。低碳区碳的传质是反应速度的限制环节：RH钢水循环流量Q=钢水循环流量上升管的截面积。根据以往RH钢水循环流量的测量结果，结果表明：(1)循环流量Q的计算值与实测值比较，增大吹氩流量Qg会增大RH的循环流量；增大提升管直径会增加循环流量；增加浸入管的插入深度也会增加循环流量。综上所述，RH中钢水的循环流量可以表示为：0，25，真空

10、脱碳，RH精炼中各种化学反应的反应速度取决于金属侧各元素的传质系数。根据Shigeru的研究，在整个RH精炼过程中，各元素的传质系数基本保持不变，但反应边界面积随时间变化明显。为了方便地描述各种反应速率，经常使用体积传质系数k(=传质系数的反应边界面积)。RH脱碳过程中钢液碳含量和吹氩方式对体积传质系数的影响与以下因素有关：钾与钢液碳含量成正比；增加钢水的循环流量q会增加k值；改变吹氩方式有利于提高钾值：例如，在300吨重的真空室底部增加8根2mm吹氩管(QA=800Nl毫升/分钟)吹氩，提高了钾值。YMAMGUCHI对100t260tRH的实际生产数据进行了总结，并提出了以下相关公式：26。

11、脱碳影响因素分析表明，插入管直径对脱碳速度的影响随着插入管内径的增加而增加。循环q与插入管内径的d4/3成比例。不同插入管内径的脱碳曲线，27。氩气流量对脱碳速度的影响随着氩气流量的增加而增加。提高RH脱碳速度的技术措施：(1)提高循环流量和体积传质系数。如图所示，在千叶厂RH初始工况下，脱碳速率常数K=0.1分钟-1。当提升管直径增大，循环增加时，达到K=0.15min分钟-1。吹氩方式的进一步改进提高了传质系数K=0.2分钟-1。(2)提高泵送速度。定义了RH真空系统的泵速常数R:R=-ln(/0)/t (min-1)。(3)吹氧。采用KTB顶吹氧气工艺，提高了RH早期脱碳速率，表观脱碳速

12、率常数Kc由0.21min-1提高到0.35min-1。(4)改变吹氩方式。实验表明，向RH真空室下部吹入约1/4的氩气，可使RH脱碳速度提高约2倍。KTB法与普通RH脱碳速度的比较，RH钢水循环流量和体积传质系数对脱碳速度的影响，RH抽气速度和吹氩流量对脱碳速度的影响，29。深度脱碳处理，要求深度脱碳的钢种，是指含碳量为0.010%的钢种。这种钢在转炉中不会把碳吹到最低限度。为了保持一定的残留锰和金属收率，通常在转炉吹C0.05后进行出钢。出钢时，只进行少量的锰合金化和极弱的脱氧，以保持钢水中的游离氧在600ppm以上。这种处理的特点是真空脱碳50-200巴，成分调整和钢水净化1.33巴。这

13、种钢在处理前的第一步处理通常是先加铝或加热。当钢水中氧含量不足，碳不能仅通过自然脱碳降到目标值以下，或转炉出钢碳过高(0.06)时，进行强制脱碳32、RH脱碳控制，防溅和电极加热技术的应用，尽可能使真空室不结瘤，控制脱碳过程中残留钢结的渗碳；脱碳时加入冷却的废钢。由于真空处理时温度下降更为规律，特别是脱碳10分钟后，冷却后的废钢最迟可在处理10分钟后加入；碳含量尽可能低的合金是优选的。其次，根据废钢冷却增碳的原理，采用脱碳期加合金技术，防止合金增碳。33，对于铝脱氧的钢水，脱硫反应如下：3(CaO) 2Al 3S=(Al2O3) 3(CaS)钢水的脱硫效率主要取决于钢中的铝含量和炉渣指数；当(

14、SP)=0.1时，硫在渣和钢之间的分配比最大(400，600)。因此，脱硫渣的最佳组成为60%(氧化钙)、25%(氧化铝)和10%(二氧化硅)。CaO CaF2脱硫剂通常用于RH粉末喷涂，这种粉末的脱硫分配比可按下式计算：La=(% s)/% s=1260-25%(Al2O 3)75%(二氧化硅)250。据高桥等测定，钢水脱硫率为：ks=0.27m/min。RH喷粉脱硫的主要优点是：(1)脱硫效率高。(2)顶渣的影响很小，顶渣与钢水之间的传质速率大大降低。RH喷粉钢包、粉耗与脱硫效率的关系、渣中FeO MnO含量对渣钢硫分配比的影响、RH脱硫实际操作中需要讨论的问题、脱硫剂CaO-CaF2的选

15、择脱硫率最高，CaO与CaF2的比例为6: 4。加拿大某钢厂钢包渣RH脱硫数据的Cs，35要求表明，钢包渣中的氧势越高，硫分配比越低；36、钢水的硫回收率随着钢渣氧势的增加而增加；37、钢渣中FeO MnO应为5%(对无铝脱氧钢的要求较低)；38、脱硫时机的选择钢中氧含量越高，脱硫效率越低。因此，脱硫的时机应选择如下：钢水脱氧和合金化后脱硫剂用量对脱硫率的影响；国内某钢厂数据显示，脱硫率随着脱硫剂用量的增加而增加，最高脱硫率达到83.3%，最低硫含量为0.001%。但当超过6公斤/吨时，不利于脱硫。国内某钢厂的数据表明，脱硫率随着RH处理钢水温度的升高而增加。41，RH脱硫中应注意的问题钢水温度损失。当加入1.5公斤/吨钢脱硫剂时，温度降低了铝在5钢中的损失。脱硫过程中产生的氧气会氧化部分铝。每1.5公斤/吨钢脱硫剂加入0.25公斤/吨铝丸。钢对耐火材料的腐蚀速度加快，平均达到每炉1.11毫米。42、RH脱硫效果，国内一家工厂采用该工艺生产高等级无取向硅钢，使成品硫稳定保持在10ppm。加拿大一家工厂RH脱硫后的硫含量平均为10ppm。新日铁某厂采用RH-PB工艺生产超低硫钢。采用1: 1 CaO-CaF2脱硫剂，脱硫剂加入量最大300kg/min，氩气流量1666.